Araştırmacılar, sıcak suyun soğuk sudan daha hızlı donabileceği bir olgu olan kuantum sistemlerinde Mpemba etkisini araştırdı. Bu kuantum Mpemba etkisi, başlangıç koşullarının hafızasını korur ve daha sonra termal gevşemeyi etkiler. Ekip, kuantum noktalarına sahip iki sistem kullandı ve çeşitli koşullarda termal kuantum Mpemba etkisini keşfetti; bu, termal analizin ötesinde daha geniş kapsamlı uygulamaların mümkün olduğunu ortaya koydu.
Daha sıcak kuantum sistemleri, başlangıçta daha soğuk olan eşdeğerlerine göre daha hızlı soğuyabilir.
Sıcak su, soğuk sudan daha mı hızlı donar? Daha sonra Mpemba etkisi olarak bilinen bu soruyu ilk ele alan kişi Aristoteles olabilir.
Bu olgu, başlangıçta donma başlangıç zamanının monoton olmayan başlangıç sıcaklığı bağımlılığına gönderme yapıyordu, ancak çeşitli şekillerde gözlemlenmiştir. kolloidler de dahil olmak üzere birçok sistem üzerinde çalışır ve aynı zamanda başlangıç koşullarına bağlı gizemli bir gevşeme olgusu olarak da bilinir.
Ancak çok az kişi daha önce kuantum sistemlerindeki etkiyi araştırmıştır.
Ne Mpemba Etkisi mi?
Mpemba etkisi, belirli koşullar altında sıcak suyun soğuk sudan daha hızlı donabileceği mantığa aykırı bir olgudur. Adını 1960’lı yıllarda bu etkiyi gözlemleyen ve daha sonra bilim camiasının dikkatine sunan Tanzanyalı öğrenci Erasto Mpemba’dan alan bu olay, kökleri Aristoteles’e kadar uzanan referanslarla yüzyıllardır merak konusu olmuştur. Mpemba etkisinin kesin nedeni bilim insanları arasında hâlâ tartışma konusu.
Son Bulgular
Şimdi, Kyoto Üniversitesi ve Tokyo Tarım ve Teknoloji Üniversitesi’nden bir araştırmacı ekibi var. sıcaklık kuantum Mpemba etkisinin çok çeşitli başlangıç koşullarında gerçekleştirilebileceğini göstermiştir.
“Kuantum Mpemba etkisi, daha sonraki zamanlarda anormal termal gevşemeyle sonuçlanan başlangıç koşullarının anısını taşıyor” diye açıklıyor proje lideri ve KyotoU Yukawa Teorik Fizik Enstitüsü’nden ortak yazar Hisao Hayakawa.
Bir ısı banyosuna bağlı kuantum noktalarına sahip, biri akım akan, diğeri denge durumunda olan iki sistem. Her biri için kararlı duruma doğru zaman gelişimi takip edildi. Katkıda bulunan kişi: KyotoU/Hisao Hayakawa
Hayakawa’nın ekibi, bir ısı banyosuna bağlanan kuantum noktalarına sahip, biri akım akan, diğeri denge durumunda olan iki sistem hazırladı. Her ikisi de düşük sıcaklık denge durumuna soğutuldu ve bu, ekibin yoğunluk matrisi, enerji, entropi ve en önemlisi sıcaklık ile ilgili olarak sabit bir duruma doğru zaman gelişimini takip etmesine olanak tanıdı.
Kuantum Mpemba Etkisini Elde Etme
“İki kopya aynı denge durumuna ulaşmadan önce birbirini geçtiğinde (böylece sıcak kısım daha soğuk hale geldiğinde ve kimliğin tersine çevrilmesinde sıcak kısım daha soğuk olduğunda) termal kuantum Mpemba etkisine ulaştığımızı biliyorduk” diyor co -yazar TUAT’tan Satoshi Takada.
“Kuantum ana denklemini analiz ettikten sonra, rezervuar sıcaklıkları ve kimyasal potansiyeller de dahil olmak üzere çok çeşitli parametrelerde termal kuantum Mpemba etkisini elde ettiğimizi de keşfettik” diye ekliyor ilk olarak ve ilgili yazar Amit Kumar Chatterjee, yine KyotoU’dan.
Hayakawa, “Sonuçlarımız bizi kuantum Mpemba etkisinin termal analizlerin ötesinde gelecekteki uygulamalardaki potansiyel kullanımını keşfetmeye teşvik ediyor” diyor.
Referans: Amit Kumar Chatterjee, Satoshi Takada ve Hisao Hayakawa, “Rezervuarlarla Kuantum Noktasında Kuantum Mpemba Etkisi”, 22 Ağustos 2023, Fiziksel İnceleme Mektupları.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.080402